大视野·高动态：捷克Advacam全新X射线探测器登场
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日前，我们的合作伙伴捷克ADVACAM发布了最新的WidePIX 5×5 MPX3光子计数、像素X射线型探测器。该探测器具备超高动态范围与大成像面积，支持每秒170帧的高速图像采集，并实现极快的数据传输速率，适用于对轻质材料和生物组织进行无损成像。
光子计数型探测器通过记录超过设定阈值的X射线光子数量，有效消除传感器及电子读出噪声，从而获得超高对比度和宽动态范围的X射线图像。这一技术使塑料、软组织等低对比度结构也能清晰呈现。
图1 WidePIX 5×5 MPX3实物图
核心特点
大探测面积：采用25个Medipix3芯片阵列排布，形成70mm×70mm的大尺寸探测面，满足大视野成像需求。
高分辨率：单个像素尺寸为55μm*55μm，总像素数达1638400（1280×1280）。
高动态范围：24bit计数深度结合零噪声特性，支持高通量实验。
高速采集能力：每秒最多可采集170帧，并且兼容外部触发功能，可精准捕捉动态过程。
双阈值能谱成像：可在单次测量中获取光谱图像，可根据不同材料对X射线的能谱衰减特性进行物质鉴别。
主要规格
读出芯片：Medipix3
像素尺寸：55μm×55μm
像素数量：1280×1280
传感器材料：1000μm CdTe
感光面积：70mm×70mm
最高帧率：170fps
计数器深度：12bit/24bit
WidePIX系列典型应用
1
生物医学成像
在2011年，Procz等人展示了第一张由Medipix3探测器（Si传感器）拍摄的彩色x射线照片，其中以鱼头为样品，红、绿、蓝色显示了不同能量范围的x射线图片，如下图三所示。鱼鳔是白色的，就像鱼周围的空气一样，因为所有能量范围的光子在这里几乎没有被吸收。低能光子不能穿透组织，剩余的中、高能光子呈现青色。骨头呈蓝黑色，因为只有高能光子能够穿透它们。由于动态范围大，能量加权不同，能谱成像的图像信息优于光子计数的黑白图像。
图2 不同X射线能量窗口下鱼头的X射线黑白图像及能谱成像
下图展示了小鼠肺样本的成像结果，可以区分肺泡和不同的组织类型和结构。左侧图像清晰地展示了肺部的特征：小鼠肺的静脉或动脉。右侧图像使用探测器可视化了特定的微结构：肺泡，从而可以观察其在器官解剖结构中的分布，为肺部疾病的病理研究提供了新的技术手段。
图3 小鼠成像图片
2
无 损 检 测
传统X射线成像技术仅能提供被检样品的黑白图像，其检测能力受限于图像分辨率和信噪比(SNR)，往往难以识别细微的缺陷、杂质或裂纹。相比之下，WidePIX探测器凭借其独特的光谱X射线成像技术，结合卓越的对比度和高空间分辨率优势，能够获取样品的深层材料信息，成为无损检测(NDT)领域的理想解决方案。
下图为使用WidePIX探测器拍摄的干玫瑰的X射线照片。图像中不仅清晰呈现了玻璃和花瓶的轮廓，更能观察到花瓶中的玫瑰茎细节。常规X射线设备因动态范围不足，往往无法对轻质材料实现有效成像。
图4 玫瑰的X射线成像
传统的X射线成像存在固有局限，其灰阶图像仅反映材料密度和厚度的综合效应，导致不同材料组合可能呈现相同灰度值（如薄层高密度材料与厚层轻质材料），导致样品的某些特征无法被检测到。相比之下，光谱X射线成像可以提供有关被检物体元素组成的信息。
例如，该技术可以用于电子产品的无损检测，下图中左侧为笔记本电脑的常规X射线灰度成像，右侧为光谱X射线成像，其中特定的颜色可以区分不同的材料。这种材料鉴别能力使其在电子产品质检、航空航天部件检测等高端制造领域具有独特优势，可有效识别传统方法难以发现的隐性缺陷。
图5 笔记本电脑的光谱X射线成像
关于ADVACAM
ADVACAM s.r.o.源自捷克技术大学实验及应用物理研究所，致力在多学科交叉业务领域提供硅传感器制造、微电子封装、辐射成像相机和X射线成像解决方案。ADVACAM最核心的技术特点是其X射线探制器（应用CERN Timepix、Medipix芯片），没有拼接缝隙（No Gap），因此在无损检测、生物医学、地质采矿、空间探测、艺术品鉴定及中子成像方面有极其突出的表现。ADVACAM与NASA（美国航空航天局）及ESA（欧洲航空航天局）保持长期良好的项目合作关系。2021年，spin off子公司Advascope专为电子显微镜EM应用提供定制化粒子探测系统。
北京众星联恒科技有限公司作为捷克ADVACAM公司中国区的总代理，也在积极推广Timex / Medipix芯片技术，并探索和推广光子计数X射线探测技术在中国市场的应用，目前已有众多客户将MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功应用于空间辐射探测、X射线小角散射、X射线光谱学、X射线应力分析和X射线能谱成像等领域。同时我们也有数台MiniPIX样机，及WidePIX 1*5 MX3 CdTe的样机，我们也非常期待对我们探测器感兴趣或基于探测器应用有新的idea的老师联系我们，我们可以一起尝试做更多的事情。
-光子计数、像素X射线型探测器工作原理-
作者：Albus
审核：凯文
排版：阿朵
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